基于PLC的音樂噴泉控制系統設計

周安 遼寧錦州渤海大學工學院

基于PLC的音樂噴泉控制系統設計

周安 遼寧錦州渤海大學工學院

音樂噴泉中主要包括的因素有聲音、燈光以及音色等三部分，噴泉水泵在工作的整個過程里面需要按照所對應的音樂相關要素從而完成噴泉速度的控制，通過聯系燈光所發生的變化最后就產生了所謂的噴泉。運用基于PLC對噴泉系統進行控制，從而可以達到完美控制噴泉的聲音以及燈光等要素。

PLC 噴泉控制系統 音樂

這些年，人民的生活質量逐漸得到了改善，許多的大型商場以及大型的公園里面都有音樂噴泉的設施，該系統中的要素主要包括了三點，分別是燈光、燈色以及聲音等，使得水柱改變以及音樂之間很好地結合了起來，在一定程度上充分展現出了藝術美感，從而人們有了美感的享受。在控制音樂噴泉的過程中用到了PLC也就是指的是可編程序控制器、單片機以及繼電器等等，同時核心部件是工控機。引入繼電器進行系統控制，當電路設計好之后，是不可以隨便地對噴水的花樣和噴水發射的時間進行任意的更改。由于PLC的體積比較小，同時PLC有著較強的功能，另外也有著高效的可靠性，根據在控制音樂噴泉的過程中，同時結合基于PLC的系統在擴展性以及靈活性等方面有著巨大的優勢，開關的選擇是需要根據對噴泉里面的控制程序進行修改，就能夠成功實現噴泉噴水規律的改變，最終即使是硬件不改變的情況下，依然是能夠產生新的花樣，在很多的大型商場甚至是大型的娛樂場所中，基于PLC的噴泉系統功能還包括了自診斷，通過該功能可以實現對故障及時的做出診斷，從而使得檢修的時間縮短，所以使得控制系統能夠保持很大的穩定性以及可靠性，所以本文設計的噴泉系統運用到了PLC。

1 音樂噴泉的原理

將聲卡中的音樂信號取出來，其中的一部分主要是通過音響設備實現，另一路就是將電流信號從揚聲器取出來，通過采用PLC對形成的數字量進行限幅以及濾波處理后，再接著通過D/A模塊，生成直流電壓信號，其中的電源范圍是處于0到10V之間。當變頻器收到了信號之后，可以馬上啟動起來，最終可以形成水花不斷隨著音樂操作起來的流程。系統的原理圖如圖1所示。

圖1 音樂噴泉系統原理圖

圖2 噴水池示意圖

2 噴泉控制系統設計

2.1 音樂噴泉控制形式

該噴泉系統的結構具體包括了花式造型，主要的結構以及布置如圖2所示。

噴水池的具體控制示意圖的要求主要包括：

①接通電源的開關，將開始的按鈕按下，這個時候噴水裝置就會進入到正常的工作狀態，當停止按鈕按下的時候，噴水操作就會停止。

②當無論是單步還是連續的開關進入到運行的時候，噴泉的循環操作只是進行一次，如果處于連續的位置過程中，噴泉才會不斷地進行下去。

③開關選擇不同，從而所完成的操作也就不同。

2.2 水形花樣噴泉

在設計噴射的過程中所實現的效果主要是包括了設置控制器，其中水樣的設計主要包括了水形以及藝術等，而且在進行設計的過程中，可以說對于音樂噴泉而言，起到了十分重要的作用。這個噴泉是圓形中的一種，同時其直徑是20m，中心位置是一個正方形的噴柱，而且當噴水高度是8m的時候，其中的標號是記為D的；當第二圈斜噴的方向是朝著外面的時候，噴水的高度就會超過4m，其中的標號記為是C。如果噴柱的周圍是比較粗的時候，那么這個萬向是向前面噴射的，這個時候的標號就記錄成B以及A。二到四圈的所有噴頭一共是140個，其中的所有的噴頭中都會加入電磁閥，控制部分主要是通過PLC實現的，進而實現噴射出多種多樣的花樣出來。基于PLC的噴泉在控制花樣的過程中起到了十分重大的意義，當需要進行花樣的變化的時候，可以通過將噴泉水形進行增高，完全可以不用修改硬件都可以實現，從而能夠實現PLC編程程序。本文設計的音樂噴泉的花樣組成主要包括了3種，具體的如圖3所示。

圖3 控制按鈕

當開關選擇的位置是處于1地方，可以將啟動按鈕按下，從而在標識A、B以及C和D的地方是會輪流進行噴水的，但是這個時間間隔是2s，如果噴水的總共時間是達到了15s之后噴水的操作就會停止下來，然后依次輪流循環下去。

當開關選擇的位置是處于2的地方時候，可以將按鈕按下，B與D會同時出現噴水的現象，如果時間推遲了3s之后，A和C就會出現噴水，同時B和D就不會出現噴水，如果這個交替的操作是進行了6次之后，時間上如果每隔2s，按照這個過程進行循環下去。

3 PLC控制系統設計方案

3.1 控制電路的硬件設計

圖4 PLC多點控制回路

本文主要用到的結構上比較小巧，同時也有著低價的價格，其中PLC取代了傳統意義上體積大的繼電器進而可以對噴泉很好地控制，而且通過更加直接以及簡單的觸摸屏可以監視整個系統的運行過程，系統中的控制也離不開電磁閥。由于本文設計的是比較小型的噴泉控制系統，其中的I/O點數比較小同時都是數字量，所以PLC采用的型號是CPU224型，其中14輸入/10都集成進去了，而且另外輸出的數字量I/O點一共是有24個，可以使得系統的要求得到滿足。

分配PLC輸入輸出。在PLC控制回路中本音樂噴泉系統用到器件主要包括了電磁閥、彩燈以及水泵等，其中的PLC根據程序從而可以很好地控制器件，這對于音樂噴泉的花樣可以很好地進行控制以及操作。PLC多點控制回路如圖4所示。

3.2 PLC控制的優點

由于PLC主機中所用到的輸入電源以及輸出電源是彼此互相獨立的，所以在一定程度上可以防止電源產生干擾的現象，而且有利于在光電隔離中進行輸入、輸出，從而在一定程度上可以方便增強抗干擾能力。PLC用到的封裝是防塵、抗震以及密封的，同時能在十分差的工作氛圍中運行。PLC中的設置有監視器電路，從而對CPU可以穩定性以及可靠性運行起到了很好的確保作用。PLC在輸入以及輸出中有著很多的接口，從而有利于進行多路多點的控制。此外選擇的是模塊式結構，對于用戶進行模塊的檢修以及更新起到了很好的操作。

4 控制電路的軟件設計

選擇編程語言是用到了SIMATIC指令，在這個指令集里面，大部分的指令是符合IEC113標準。其中SIMATIC指令集的使用可以是選擇梯形圖，也可以是功能塊圖另外還可以是語句表。因為梯形圖信號流的特點是簡單明了，同時比較直觀，另外清晰容易理解，所以很容易通過梯形圖的方式完成編程。另外能夠想到的噴泉花式主要包括了三種，所以把每種花式所對應的控制程序編碼為子程序，接著可以是通過對子程序的調用從而完成具體的操作。

結束語：因為本文系統用到了PLC對花式噴泉進行控制，從而完成了通過開關選擇的方式進而對噴水花樣進行控制，所以該噴泉控制系統才有著巨大的靈活性。本文設計的控制系統的點數是低于30點。如果在控制大型的噴泉方面，可以通過I/O擴展模塊實現。如果再繼續添加了顯示模塊，那么就能夠更加方便同時更加直接地將噴水的時間進行改變，最終噴水的規律也會發生對應的改變，從而很好地實現了系統的易操作性。本文主要是介紹了基于PLC的音樂噴泉控制系統的設計，具體介紹了噴泉的原理以及相關電路組成。

[1]張鴻業,徐立新,徐洪澤.基于預測算法的計算機音樂噴泉控制[J].北京理工大學學報,2016,19(1):50-52

[2]Zhang Hongye,Xu Lixin.基于預測算法的計算機音樂噴泉控制[J].北京理工大學學報:自然科學版,2016,19(1):50-52

[3]張開碧,羅蓉,許倩憶.基于STC89C52單片機音樂噴泉控制的設計[J].科技信息,2015(33):51-52

[4]董玉巖,張萬江,張玲.基于WAVE格式音樂文件的音樂噴泉控制方法研究[J].現代農業科技,2015(22):331-331